頻變AVO屬性在塔東碳酸鹽巖儲(chǔ)層含氣檢測(cè)中的應(yīng)用

鐘 擁, 李 晶, 張爾華, 馮德永, 田仁飛

(1.大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，大慶 163712；2.成都理工大學(xué) 地球探測(cè)與信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059；3.勝利油田分公司 物探研究院，東營(yíng) 257000)

0 引言

塔東古城地區(qū)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)古城6、古城8、古城9等優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層，展現(xiàn)了巨大勘探潛力，但該地區(qū)目的層埋藏深，地震資料分辨率低、信噪比低，而且碳酸鹽巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間復(fù)雜，地震響應(yīng)特征不明確，巖石物理特征不清等給白云巖儲(chǔ)層的地震預(yù)測(cè)造成不明確性。目前對(duì)于碳酸鹽巖儲(chǔ)層的地震預(yù)測(cè)方法還只局限于常規(guī)物探技術(shù)，對(duì)于塔東低頻率地震資料的針對(duì)性技術(shù)尚未成型。

現(xiàn)有研究成果認(rèn)為塔東地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖石孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響縱橫波的變化[1-2]，同時(shí)理論分析已證實(shí)飽和含氣儲(chǔ)層存在明顯的地震波頻散特征[3-4]。為了刻畫塔東地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的巖石物理特征，開(kāi)展巖石物理測(cè)試及分析和黏滯—彌散波動(dòng)方程數(shù)值模擬分析[5-6]，認(rèn)為該地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層縱橫波速度頻散特征明顯，且頻散與頻率存在很好的相關(guān)性。目前，大量的理論和實(shí)際應(yīng)用表明，頻變AVO[7-10]能夠反應(yīng)地震波頻散與頻率之間的關(guān)系，特別是射頻域頻變AVO由于能夠提取較高精度的射線曲線，更有利于地震波頻散參數(shù)分析，獲得可靠流體識(shí)別結(jié)果[1-13]。筆者在巖石物理分析和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，采用頻變AVO技術(shù)對(duì)塔東古城地區(qū)碳酸鹽巖氣藏的含氣性進(jìn)行檢測(cè)，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 巖石物理分析

首先做研究區(qū)巖石樣品CT掃描和薄片分析，針對(duì)樣品孔隙結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行分類，之后做不同實(shí)驗(yàn)條件(有效圍壓、孔隙流體粘度、滲透率)和不同孔隙類型(微裂隙縱橫比、孔隙均勻性)樣品的跨頻段實(shí)驗(yàn)。筆者針對(duì)三種類型巖石樣品進(jìn)行分析。第一種樣品為裂隙型，巖性以灰?guī)r為主，其孔隙結(jié)構(gòu)以裂隙、微裂隙為主，跨頻段巖石物理測(cè)試的縱、橫波測(cè)試結(jié)果如圖1所示，具有較小的縱橫波比值；第二種樣品為溶蝕孔隙型，巖性以白云巖為主，其孔隙結(jié)構(gòu)以溶蝕孔隙為主，跨頻段巖石物理測(cè)試的縱、橫波測(cè)試結(jié)果如圖2所示；第三種樣品為裂隙-孔隙型，巖性以白云巖為主，其孔隙結(jié)構(gòu)類型屬于裂隙-孔隙型，跨頻段巖石物理測(cè)試的縱波、橫波測(cè)試結(jié)果如圖3所示，具有較大的縱橫波比，是古城地區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層類型。

圖1 第一種樣品測(cè)試結(jié)果

圖2 第二種樣品測(cè)試結(jié)果

圖3 第三種樣品測(cè)試結(jié)果

當(dāng)有效壓力從0 MPa增大至10 MPa時(shí)，第一種樣品和第二種樣品的縱波速度和橫波速度都明顯增大(圖1、圖2)；當(dāng)有效壓力從10 MPa增大至15 MPa時(shí)，縱波速度和橫波速度變化較小，并且橫波速度的頻散變化也非常微小。當(dāng)有效壓力從0 MPa增大至20 MPa時(shí)，第三種樣品縱、橫波速度變化非常明顯(圖3)，經(jīng)過(guò)定量計(jì)算縱波速度增大了37.5%，縱波速度的視頻散為28.2%；橫波速度增大19.6%，橫波速度視頻散為18.3%。從圖3也可以看出，縱波和橫波速度的頻散特征非常明顯。該試驗(yàn)表明，隨著測(cè)量頻率的降低，縱橫波速度降低，且裂縫孔隙型儲(chǔ)層較孔洞型儲(chǔ)層速度降低更快。

2 數(shù)值正演分析

由圖4可以看出，上、下兩部分為非儲(chǔ)層區(qū)域，儲(chǔ)層區(qū)包含了干層、和不同含氣程度的含氣層。這些含氣層的參數(shù)根據(jù)含氣程度而變化，隨著含氣程度增加，粘滯系數(shù)和彌散系數(shù)增加，品質(zhì)因子降低。干層的粘滯系數(shù)為“0”、彌散系數(shù)為“0”、品質(zhì)因子為10 000；差氣層的粘滯系數(shù)為200、彌散系數(shù)為4、品質(zhì)因子為100。中氣層的粘滯系數(shù)為400、彌散系數(shù)為7、品質(zhì)因子為70；好氣層的粘滯系數(shù)為800、彌散系數(shù)為12、品質(zhì)因子為30。

圖4 含氣儲(chǔ)層地質(zhì)模型

數(shù)值模擬的地震記錄如圖5所示，從該地震記錄上可以發(fā)現(xiàn)，含氣儲(chǔ)層的地震響應(yīng)明顯低于干層，隨著含氣程度的提高，地震記錄的振幅進(jìn)一步降低。圖6提取了記錄中不同區(qū)域的地震波形及其頻譜進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比波形可以發(fā)現(xiàn)，隨著含氣程度增加，地震波振幅衰減增加，相位的改變也越來(lái)越大。對(duì)比頻譜可以發(fā)現(xiàn)，隨著含氣量增加，主頻由高向低變化，即儲(chǔ)層含氣的變化和頻率屬性相關(guān)。

圖5 模擬的地震記錄

圖6 干層和不同含氣程度的含氣層的對(duì)比

通過(guò)巖石物理測(cè)試和數(shù)值模擬，證實(shí)了塔東古城地區(qū)優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的地震波具有頻散特征，為頻變AVO屬性的應(yīng)用提供了借鑒。

3 頻變AVO方法原理

頻變AVO能夠反應(yīng)反射系數(shù)(振幅)與頻率之間的關(guān)系，這是與常規(guī)AVO分析或分頻AVO本質(zhì)的不同。在含油氣儲(chǔ)集層中，地震波的傳播在低頻部分與高頻部分具有不同的響應(yīng)特征。采用頻變縱波AVO近似公式[10]為式(1)。

(1)

截距表示為式(2)：

1.2.2.2 以創(chuàng)新培訓(xùn)方式保證皮膚護(hù)理方案專項(xiàng)培訓(xùn)的可行性 ①短語(yǔ)線索化教育。以可行性皮膚護(hù)理方案中的10個(gè)短語(yǔ)為護(hù)理記憶線索，分別是評(píng)估、包裹、紅斑區(qū)保護(hù)、溫和清洗、滋潤(rùn)皮膚、隔離保護(hù)、失禁管理、破潰滲液管理、聯(lián)合管理與預(yù)警啟動(dòng)，利用上述短語(yǔ)的形象生動(dòng)簡(jiǎn)練特性提高記憶學(xué)習(xí)理解效果。②工作坊演示教育。以工作坊方式開(kāi)展各類科學(xué)評(píng)估工具、皮膚護(hù)理產(chǎn)品設(shè)備等實(shí)踐性應(yīng)用教育。③真實(shí)案例設(shè)障解決教育。精心選擇既往典型失禁性皮炎案例，以住院過(guò)程為時(shí)間順序，在該患者所涉及各失禁性皮炎預(yù)控關(guān)鍵維度設(shè)置問(wèn)題障礙，啟發(fā)護(hù)理人員積極思考主動(dòng)解決。

(2)

梯度表示為式(3)：

(3)

碳?xì)錂z測(cè)因子表示為式(4)：

HC=P(fi)×G(fi)

(4)

流體檢測(cè)因子表示為式(5)：

ΔF=0.71P(fi)×0.29G(fi)

(5)

擬泊松比表示為式(6)：

σ=P(fi)+G(fi)

(6)

(fi-f0)A1(θi)Ia+

(fi-f0)A2(θi)Ib

(7)

因而，對(duì)頻率求偏導(dǎo)數(shù)，可以獲得相對(duì)于主頻率的縱波阻抗IP為式(8)，以及橫波阻抗IS為式(9)。

(8)

(9)

設(shè)Af代表主頻為f時(shí)對(duì)應(yīng)的AVO屬性，當(dāng)主頻f1、f2相差不大且，f1

(10)

式中：c為常數(shù)；Af1是在參考頻率下入射角為θ時(shí)振幅譜的最大值；Af2在分解頻率f下入射角為θ時(shí)的振幅譜的最大值。利用式(10)即可計(jì)算新的頻變AVO屬性。

詳細(xì)的理論推導(dǎo)可參考文獻(xiàn)[10,13]，參考文獻(xiàn)[10]討論了流體檢測(cè)因子、擬泊松比在含氣儲(chǔ)層中的應(yīng)用，認(rèn)為流體檢測(cè)因子對(duì)儲(chǔ)層的含氣性比較敏感。

4 頻變AVO屬性應(yīng)用效果

根據(jù)巖石物理測(cè)試和數(shù)值模擬，證實(shí)了塔東古城地區(qū)縱、橫地震波發(fā)生不同程度的頻散和衰減，利用射線域 Zoeppritz方程，將頻率因素引入AVO分析中，用頻變AVO方法分析速度頻散異常特征，從而預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)含氣白云巖儲(chǔ)層(圖7)。疊前道集對(duì)頻變AVO反演結(jié)果的影響較大，本次研究已經(jīng)對(duì)疊前道集進(jìn)行優(yōu)化使其滿足頻變AVO反演的要求。由于頻變AVO反演方程中引入了裂縫等表征參數(shù)形成多尺度信息，因而采用連續(xù)小波變換對(duì)疊前道集數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析。

圖7 頻變彈性參數(shù)反演與流體識(shí)別技術(shù)流程

從圖8中可以看出，在鷹3段中部有明顯的異常響應(yīng)。在圖9中,該井處鷹3段中部同樣出現(xiàn)了異常響應(yīng)，證明頻變AVO屬性能夠較好地預(yù)測(cè)含氣儲(chǔ)層。圖10為過(guò)古城9井的AVO截距剖面，圖11為過(guò)古城6井的AVO截距剖面，從中可以看出，優(yōu)質(zhì)含氣白云巖儲(chǔ)層的AVO截距表現(xiàn)為單一的亮點(diǎn)異常響應(yīng)。而圖8、圖9中的頻變AVO屬性在橫向上分布更廣，與現(xiàn)有鉆井和地震認(rèn)識(shí)更為吻合。

圖8 頻變AVO屬性過(guò)古城9井剖面

圖9 頻變AVO屬性過(guò)古城6井剖面

圖10 過(guò)古城9井AVO截距剖面

圖11 過(guò)古城6井AVO截距剖面

從圖12中可以看出，研究區(qū)三口氣井古城6井、古城8井以及古城9井的位置處均有頻率衰減異常響應(yīng)，鉆遇干層的古城7井在頻變AVO屬性中都沒(méi)有異常響應(yīng)，進(jìn)一步說(shuō)明該方法能夠區(qū)別含氣儲(chǔ)層、含水儲(chǔ)層和差儲(chǔ)層。利用頻變 AVO屬性對(duì)研究工區(qū)現(xiàn)有11口鉆井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中9口井頻變AVO異常與鉆井吻合，符合率達(dá)81.82%，只有硅質(zhì)含量較高古城12井區(qū)、古城14井區(qū)由于受硅質(zhì)影響，其結(jié)果與鉆井不能完全對(duì)應(yīng)。因此，利用該方法所得異常響應(yīng)即代表研究區(qū)內(nèi)含氣儲(chǔ)層，最終實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層含氣性檢測(cè)。

5 結(jié)論

筆者通過(guò)巖石物理測(cè)試和數(shù)值模擬，證實(shí)了研究區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層和頻率息息相關(guān)。將頻率因素引入AVO分析中，從而建立了頻變AVO彈性參數(shù)反演與流體識(shí)別技術(shù)流程，通過(guò)過(guò)井分析，含氣的井出現(xiàn)了頻率衰減異常，從研究區(qū)平面上也能看出三口含氣的井有異常顯示，而另外兩口水井無(wú)異常顯示。優(yōu)選的頻散屬性對(duì)流體儲(chǔ)層具有比較強(qiáng)的敏感性，可識(shí)別高含氣的儲(chǔ)層，從而預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)含氣白云巖儲(chǔ)層。